모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

이 절차의 전반적인 목표는 정렬되고 형상에 반응하는 액정 엘라스토머 및 나노 복합체를 준비하는 것입니다. 따라서 액정 엘라스토머는 환경의 자극에 반응하여 모양이 변하는 자극 반응 물질입니다. 또한 세포가 환경의 스트레스와 긴장에 반응하는 것으로 알려진 조직 공학과 같은 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.

우리가 시연할 이 절차에서는 비용이 저렴한 재료에 의존합니다. 우리가 입증하는 방법은 신뢰할 수 있으며 고가의 특수 장비 없이도 모든 실험실에서 구현할 수 있습니다. 이러한 물질은 심장 세포 시트의 개발에 적용될 수 있으며, 여기서 우리는 스트레스와 긴장이 심장 근육 세포의 분화, 성숙 및 기능에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알고 있습니다.

이 과정을 시각적으로 보여주는 것은 프로세스를 배우기 어려울 수 있고 샘플을 매달고, 적재하고, 가교할 때 특히 섬세할 수 있기 때문에 중요합니다. 따라서 이 절차를 시연할 사람은 우리 연구실과 Jeff Jaycot Laboratory의 학생들인 Hojin Kim, Bohan Zhu 및 Huiying Chen이 될 것입니다. 먼저 교반 막대가 장착된 작은 바이알에 166.23mg의 반응성 메소겐, 40mg의 실록산, 12.8mg의 가교제와 0.6ml의 무수 톨루엔을 결합합니다.

시약이 완전히 용해될 때까지 섭씨 35도에서 25분 동안 용액을 저어줍니다. 별도의 바이알에 디클로로메탄에 함유된 백금 촉매의 1중량% 용액을 준비합니다. 그런 다음, 미리 준비된 용액에 30마이크로리터의 촉매 용액을 첨가하고 혼합물을 교반 막대로 교반합니다.

다음으로, 용액을 맞춤형 직사각형 폴리테트라플루오로에틸렌 몰드에 붓습니다. 유리 슬라이드로 금형을 느슨하게 덮고 섭씨 60도의 오븐에 30분 동안 넣습니다. 처음 15분 동안 거품을 제거하기 위해 주기적으로 금형을 흔듭니다.

오븐에서 금형을 제거하고 액체 질소를 작은 용기에 붓고 PTFE 금형 바닥과 액체 질소를 2초 동안 접촉시켜 액체 질소로 빠르게 냉각합니다. 혼합물이 냉각되면 PTFE 시트를 깔고 금속 주걱을 사용하여 금형에서 엘라스토머를 조심스럽게 제거하고 시트 위에 놓습니다. 그런 다음 면도날을 사용하여 액정 엘라스토머의 가장자리를 다듬고 길이를 따라 동일한 크기의 3 조각으로 자릅니다.

각 조각을 수평 막대에 걸고 테이프를 사용하여 엘라스토머를 제자리에 고정합니다. 한 번에 하나의 종이 클립을 엘라스토머 끝에 10분 단위로 추가합니다. 실온에서 7일 동안 매달아 놓고 길이나 균일성의 변화를 기록하십시오.

찢어지거나 깨진 샘플은 모두 버리십시오. 전기적으로 반응하는 액정 엘라스토머 나노복합체를 제조하려면 반응성 메소겐, 교차결합제 및 실록산을 포함하는 반응 용액에 4.38mg의 카본블랙 나노입자를 첨가합니다. 제작의 걸이 단계에서 10개 대신 총 5개의 클립을 사용하여 샘플을 로드합니다.

액정 엘라스토머 표면에 추가 카본 블랙 나노 입자를 첨가하십시오. 톨루엔에 카본 블랙 나노 입자의 부피 당 1 % 중량을 준비하십시오. 용액을 20분 동안 초음파 처리하여 탄소 나노 입자를 분산시킨 다음 분산액을 페트리 접시에 붓습니다.

그런 다음 액정 엘라스토머를 나노 입자 분산액에 6시간 동안 담그십시오. 용액에서 제거한 후에는 피펫을 사용하여 페트리 접시에서 과도한 용액을 빼내고 엘라스토머가 공기 중에서 건조되도록 합니다. 테이프나 면봉을 사용하여 표면의 과도한 탄소 입자를 부드럽게 청소합니다.

가역적 에폭시 기반 액정 엘라스토머를 제조하려면 직사각형 PTFE 몰드에서 4개의 4개의 프라임 디글리시딜 딜옥시 비페닐 246.15mg, 세바신산 101mg, 헥사데칸네디오산 71.6mg, 카르복시데실 말단 PDMS 76mg을 혼합합니다. 샘플을 섭씨 180도의 핫플레이트에 올려 가열합니다. 그런 다음 11.48mg의 촉매를 넣고 섭씨 180도로 예열된 금속 핀셋을 사용하여 혼합물을 저어줍니다.

반응에 의해 생성된 기포를 제거하기 위해 혼합물을 주기적으로 계속 저어줍니다. 약 20분 동안 혼합물을 계속 반응시킵니다. 겔화되면 핫플레이트에서 PTFE 보트를 제거하고 혼합물을 실온으로 식힙니다.

그런 다음 면도날을 사용하여 PTFE 몰드에서 엘라스토머를 분리합니다. 그런 다음 섭씨 180도의 폴리머 프레스에 두 개의 PTFE 시트를 놓습니다. PTFE 시트 사이에 엘라스토머를 놓고 샘플을 0.3-0.5mm 두께로 압축합니다.

엘라스토머를 섭씨 180도에서 4시간 동안 계속 가열합니다. 4시간 후 샘플을 제거하고 실온으로 냉각합니다. 그런 다음 샘플을 길이 2.5cm, 너비 0.5cm의 직사각형 조각으로 자릅니다.

가열 오븐 내부에 폴리이미드 테이프를 사용하여 샘플을 한쪽 끝에 걸어둡니다. 총 무게가 8.88g인 종이 클립 12개를 샘플의 다른 쪽 끝에 부착합니다. 그런 다음 오븐의 온도를 섭씨 165도로 설정하고 샘플을 밤새 가열합니다.

오븐에서 엘라스토머를 제거하고 길이 변화를 확인하십시오. 다음으로, 핫플레이트에서 샘플을 섭씨 80도로 가열하여 잔류 응력을 제거한 다음 실온으로 다시 냉각합니다. 샘플을 핫플레이트에 놓고 플레이트를 섭씨 120도까지 다시 가열하여 가역적 변형률을 측정합니다.

섭씨 120도까지 가열한 후 실온으로 다시 냉각한 후 실온에서 샘플을 이미지화합니다. 이미지를 사용하여 각 단계에서 샘플 길이를 측정합니다. 열기계 측정의 경우 면도날을 사용하여 샘플을 2cm x 0.3cm 크기로 수동으로 자르고 장력 클램프 사이에 한 번에 하나씩 조심스럽게 고정합니다.

먼저 느슨함을 제거하기 위해 샘플에 1밀리뉴턴의 힘을 가합니다. 그런 다음 섭씨 30도에서 샘플을 열적으로 평형화한 다음 가열 및 냉각 주기를 수행합니다. 샘플을 섭씨 30도에서 섭씨 120도까지 분당 5°C로 가열합니다.

온도 변화 동안 샘플의 길이와 너비의 변화를 기록합니다. 액정 엘라스토머 나노 복합체의 한쪽 표면을 산소 플라즈마 아래에서 30초 동안 처리합니다. 그런 다음, 플라즈마 세척 표면 위에 1 분 동안 3, 300 rpm에서 톨루엔의 폴리스티렌 부피 당 1 % 무게 용액 300 마이크로 리터를 스핀 캐스트합니다.

엘루엔을 제거하기 위해 진공 상태에서 12시간 동안 엘라스토머를 건조시킵니다. 그런 다음 산소 플라즈마를 사용하여 LCE 나노 복합체의 폴리스티렌 코팅 표면을 30 초 동안 처리한다. 플라즈마 처리된 엘라스토머 나노복합체를 70% 에탄올로 30분 동안 멸균합니다.

그런 다음 인산염 완충 식염수로 씻으십시오. 세척된 엘라스토머 나노복합체를 폴리스티렌 코팅면이 위를 향하도록 하여 건조 페트리 접시에 옮깁니다. 다음으로, 접시에 5ml의 1형 콜라겐 용액을 넣고 콜라겐 용액에 담가 샘플의 전체 표면을 코팅합니다.

그런 다음 샘플을 덮고 섭씨 37도에서 5% 이산화탄소에서 최소 30분 동안 배양합니다. 플레이트는 평방 센티미터당 100, 000에서 600, 000 세포의 밀도로 기질 위에 신생아 쥐 심실 심근 세포를 분리했습니다. 동봉된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 세포를 배양합니다.

세포가 단단히 부착되면 파종된 액정 엘라스토머 나노복합체를 맞춤형 3D 프린팅 용기로 옮깁니다. 다음으로, 3D 용기의 노치를 통해 직사각형 플라스틱 조각을 삽입하여 액정 엘라스토머의 한쪽 또는 양쪽 끝을 제자리에 고정합니다. 샘플을 탄소 막대에 놓고 한쪽 끝에 고정하여 전기 접촉이 잘 되도록 합니다.

용기가 세포 배양 유지 매체로 채워져 있고 전원에 연결된 병렬 전도성 탄소 막대가 장착되어 있는지 확인합니다. 40V A/C 전위를 가진 액정 엘라스토머를 전기적으로 자극하며, 총 24시간 동안 5초의 켜짐 시간이 있습니다. 액정 엘라스토머는 실온에서 네마틱에서 등방성 전이 온도(약 섭씨 80도) 이상으로 가열될 때 가역적으로 수축하고 늘어납니다.

동적 기계 분석은 온도의 함수로 액정 엘라스토머 형상 변화를 정량적으로 측정합니다. 여기에 표시된 그래프에 표시된 샘플은 4 사이클을 통해 가열 및 냉각되었습니다. 일단 가열되면, 샘플은 제작 중에 매달린 방향으로 약 35 % 단축을 나타냅니다.

샘플은 또한 수직 방향으로 25-30% 팽창합니다. 액정 엘라스토머 나노 복합체는 전위의 적용에 따라 계약합니다. 40 볼트 A / C에 노출되면 액정 엘라스토머 나노 복합체는 제조 중에 매달린 방향으로 약 22 1 / 2 % 단축됩니다.

여기서, 샘플은 15초마다 온 오프 사이클에 노출되었습니다. 따라서 절차를 마스터하면 2시간 내에 완료할 수 있으며 샘플을 걸고 1주일 후에 전체 합성이 완료됩니다. 이 절차를 시도하는 동안 올바른 무게로 LC를 걸어야 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

그렇지 않으면 샘플을 제대로 정렬하지 못하거나 제작 중에 파손될 수 있습니다. 이 절차에 따라 탄소 나노튜브와 같은 다른 유형의 첨가제를 LCE에 추가하여 어떤 자극 반응을 가질 수 있는지 이해할 수 있습니다. 우리는 이 연구가 생물학자와 생명공학자가 세포 성장, 세포 정렬 및 세포 행동에 대한 스트레스와 변형의 영향을 조사하기 위해 반응성 기질을 형성할 수 있는 길을 열 수 있기를 바랍니다.

따라서 이 비디오를 시청한 후에는 정렬되고 형상에 반응하는 액정 엘라스토머와 액정 엘라스토머 나노복합체를 만드는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.